第七章細(xì)菌和噬菌體的

第七章細(xì)菌和噬菌體的第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四一、教學(xué)目的

1、了解細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究中的地位

2、掌握細(xì)菌遺傳的分析方法

3、掌握病毒遺傳的分析方法二、重點(diǎn)

1、細(xì)菌的遺傳分析

2、病毒的遺傳分析三、難點(diǎn)

1、細(xì)菌的遺傳分析

2、病毒的遺傳分析第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

細(xì)菌和病毒屬于原核生物，它們沒有真正的細(xì)胞核，不能進(jìn)行減數(shù)分裂。我們在這一章里將學(xué)習(xí)細(xì)菌和病毒的遺傳物質(zhì)是怎樣遺傳和重組的。第一節(jié)細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究中的地位細(xì)菌和病毒繁殖速度快，生活周期短，在數(shù)十分鐘或幾小時之內(nèi)，就能獲得大量的后代，它們在遺傳學(xué)的研究中，其主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下四個方面：第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四一、細(xì)菌和病毒的遺傳物質(zhì)含量少研究證明：一個真核生物的生殖細(xì)胞NDA含量，平均約為細(xì)菌DNA含量的1000倍，約為病毒DNA含量的10萬倍。若用長度比較，大腸桿菌DNA分子的總長度約為1mm，而人體一個體細(xì)胞中DNA的含量總長度約為2.8米。因而細(xì)菌和病毒有利于遺傳學(xué)的研究。二、細(xì)菌和病毒中的DNA構(gòu)型簡單細(xì)菌和病毒的DNA都是裸露的，呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不構(gòu)成染色體，借助染色體一詞，把它也稱之為染色體。裸露的DNA更有利于遺傳學(xué)的研究。第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四三、細(xì)菌和病毒的DNA是單倍體細(xì)菌和病毒的染色體是單倍體。因此，不僅顯性基因能表達(dá)，而隱性基因也能表達(dá)，這對研究基因的功能是極為有利。四、細(xì)菌和病毒代謝過程易于控制和鑒別細(xì)菌和病毒雖小，但它們的遺傳性狀，從細(xì)菌菌落的大小和形狀，噬菌班的大小和邊緣的清晰度，通過肉眼即可進(jìn)行觀察和分析。同時，細(xì)菌代謝過程，可以通過營養(yǎng)缺陷型的類型等進(jìn)行鑒別和研究。第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

細(xì)菌菌落第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四噬菌班第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)細(xì)菌的遺傳重組在細(xì)菌中，大腸桿菌是用得最為廣泛的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，細(xì)菌的遺傳分析就以大腸桿菌為例來說明。

第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四一、細(xì)菌的雜交

1、分類：大腸桿菌有很多品系①抗生素來講：

A、敏感型：指細(xì)菌對某一抗生素敏感。如strs：表示細(xì)菌對鏈霉素敏感（s表示敏感）。

B、抗性型：指細(xì)菌對某一抗生素有抗性如strr：表示細(xì)菌對鏈霉素有抗性（r表示抗性）。②營養(yǎng)來講：

A、缺陷型：指細(xì)菌對某一種營養(yǎng)物質(zhì)合第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四成能力缺失。如met–：表示甲硫氨酸缺陷型（–表示缺陷）。

B、野生型：例met＋表示甲硫氨酸野生型

2、雜交實(shí)驗(yàn)①E.coli重組證明：E.coliK12中有兩個菌株A和B。

A、菌株A：met-bio-thr+leu+thi+B、菌株B：met+bio+thr-leu-thi-

met（甲硫氨酸），bio（生物素），thr（蘇氨酸），Leu（亮氨酸），thi（硫胺）。第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四不同的營養(yǎng)缺陷型細(xì)菌，在完全培養(yǎng)液中混合培養(yǎng)過夜，離心洗去完全培養(yǎng)液后，取108細(xì)胞涂布在基本培養(yǎng)基上，可發(fā)現(xiàn)數(shù)十個原養(yǎng)型菌落。如不同的營養(yǎng)缺陷型細(xì)菌獨(dú)立培養(yǎng)，離心洗滌后，即使各取108細(xì)胞分別涂布在基本培養(yǎng)基上，也看不到原養(yǎng)型菌落的出現(xiàn)。第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四這種原養(yǎng)型菌落的出現(xiàn)，是由于營養(yǎng)上的互補(bǔ)，還是A與B菌株發(fā)生雜交后出現(xiàn)的重組類型呢？②U型管實(shí)驗(yàn)第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四經(jīng)幾個小時后，在基本培養(yǎng)基上分別測定每臂的細(xì)菌，結(jié)果未見野生型細(xì)菌的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)可說明兩個問題。

A、說明上述原養(yǎng)型菌落的出現(xiàn)不是營養(yǎng)互補(bǔ)而產(chǎn)生。

B、說明菌株A、B必須通過直接接觸后，才能發(fā)生雜交或遺傳物質(zhì)的交換，產(chǎn)生野生型菌株。

A菌株met-bio-thr+1eu+ehi+B菌株met+bio+thr-1eu-ehi-

新菌株met+bio+thr+1eu+ehi+

(野生型）新菌株met-bio-thr-1eu-ehi-（缺陷型）×→第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四二、F因子

1、威廉H的實(shí)驗(yàn)注：鏈霉素只阻止細(xì)菌分裂，但允許接觸雜交

第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：A菌株的遺傳物質(zhì)能進(jìn)入B菌株，而B菌株的遺傳物質(zhì)不能進(jìn)入A菌株。由此得出結(jié)論，細(xì)菌有♀、♂之分，也就是說細(xì)菌有了性的分化，A菌株為♂性或供體菌；B菌株為♀性或受體菌。這一結(jié)論，后來通過電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌之間，確實(shí)存在著有性接合的行為。

E.Coli有性結(jié)合（1953）第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

2、F因子（性因子或致育因子或F質(zhì)粒）

F因子：是雄性細(xì)菌中一個微小的可轉(zhuǎn)移的因子。

第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

F因子是能獨(dú)立復(fù)制的環(huán)狀DNA分子，含有F因子的細(xì)菌記作F+細(xì)菌，不含F(xiàn)因子的細(xì)菌記作F-細(xì)菌。

F+細(xì)菌的表面有性傘毛，F(xiàn)+與F-細(xì)菌是通過性傘毛形成的結(jié)合管接合。F+細(xì)菌與F-細(xì)菌混合培養(yǎng)時，通過接合管轉(zhuǎn)移F因子，幾乎使所有的F-細(xì)菌都能轉(zhuǎn)變?yōu)镕+細(xì)菌。F因子的轉(zhuǎn)移方式有二種。

3、F因子的轉(zhuǎn)移方式①游離態(tài)F因子的轉(zhuǎn)移

第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

F因子的轉(zhuǎn)移是單鏈滾環(huán)復(fù)制轉(zhuǎn)移如果把許多F+和F-細(xì)菌混合培養(yǎng)，經(jīng)過一小時，約有95％的F-細(xì)菌轉(zhuǎn)變?yōu)镕+細(xì)菌，但兩細(xì)菌主染色體之間的重組頻率還不到1/百萬。②結(jié)合態(tài)F因子的轉(zhuǎn)移A、Hfr的菌株（高頻重組菌株）：F因子插入到細(xì)菌主染色體中的菌株。第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四為什么把F因子處于結(jié)合態(tài)時的菌株叫高頻重組菌株呢？因?yàn)镠fr菌株與F-細(xì)菌雜交，兩細(xì)菌主染色體之間的重組頻率約高于F因子游離態(tài)菌株與F–細(xì)菌雜交的1000倍。B、轉(zhuǎn)移過程第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四上述雜交，F(xiàn)-細(xì)菌很少轉(zhuǎn)變?yōu)镕+細(xì)菌，這是因?yàn)镕基因在最后端。三、中斷雜交技術(shù)作連鎖圖法

1、實(shí)驗(yàn)

Hfr

azirtonr1ac+ga1+strs

F-

azistons1ac-gai-strr

azi（疊氮化鈉）、ton（T1噬菌體）、1ac（乳糖）、ga1（半乳糖）、str（鏈霉素）?！恋诙摚菜氖?，編輯于2023年，星期四把這兩種細(xì)菌以高濃度混合在一起，在完全培養(yǎng)液中培養(yǎng)，兩種不同的細(xì)菌進(jìn)行有性接合，每隔一定時間取樣，把每次取樣的菌液都放在攪拌器內(nèi)攪拌，以阻斷細(xì)菌之間的接合管，然后，把攪拌液稀釋，防止再度接合。把上述取樣分別涂布于含有Str的不同選擇培養(yǎng)基上，分析Hfr菌染色體上其它非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F-細(xì)菌的時間和順序，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖7—8所示。第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

從圖中可以看出，Hfr菌中的4個基因進(jìn)入F-細(xì)菌的時間和數(shù)量是各不相同的。隨著時間的推移，具有4個基因的菌落逐漸增加，某一基因出現(xiàn)的越早，百分?jǐn)?shù)越高。第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四從上表可以看出，Hfr的基因9分鐘時，azir基因進(jìn)入F-；11分鐘時tonr基因進(jìn)入F-；18分鐘時1ca+基因進(jìn)入F-；25分鐘時ga1+基因進(jìn)入F-細(xì)菌。以上事實(shí)說明，Hfr細(xì)菌的基因按一定的時間順序依次進(jìn)入F-細(xì)菌，原點(diǎn)（0）為開始端，首先進(jìn)入F-細(xì)菌；基因離原點(diǎn)越近，進(jìn)入F-細(xì)菌越早；基因離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，進(jìn)入F-細(xì)菌越遲；較遠(yuǎn)的基因有時很難進(jìn)入F-細(xì)菌，所以，達(dá)到最高值也較小。第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

2、作圖方法根據(jù)中斷雜交技術(shù)，以分鐘為距離單位，就可以作上述細(xì)菌基因的連鎖圖：

3、中斷雜交技術(shù)：根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)菌的順序和時間，繪制連鎖圖的技術(shù)。

第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四四、細(xì)菌的交換過程原核生物遺傳物質(zhì)交換并不是在兩整套基因組間進(jìn)行，而是在一完整基因組（F-細(xì)菌）與一不完整的基因組（供體細(xì)菌）間進(jìn)行的，所以是在部分二倍體中進(jìn)行。第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

所以細(xì)菌遺傳物質(zhì)的交換，只有發(fā)生偶數(shù)（雙交換）交換才能產(chǎn)生平衡的重組子，而單交換只能產(chǎn)生不平衡的線性染色體，不能成活。

第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四五、性導(dǎo)第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

1、Fˊ因子：帶有部分供體主染色體的F因子，它能使F-細(xì)菌成為部分二倍體。

2、性導(dǎo)：通過F因子將供體主染色體上的基因?qū)胧荏w細(xì)菌，使受體細(xì)菌構(gòu)成部分二倍體的過程。性導(dǎo)也是基因轉(zhuǎn)移的一種方式，它與Hfr菌株相比，轉(zhuǎn)移的基因頻率要低得多。

第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四

第三節(jié)噬菌體的遺傳重組感染細(xì)菌的病毒叫噬菌體，它是最簡單的生物，由核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成。

第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四幾種病毒顆粒艾滋病病毒（簡稱HIV）甲型H1N1流感病毒

SARS病毒第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四一、烈性噬菌體烈性噬菌體：當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌后，噬菌體的DNA在細(xì)菌體內(nèi)立即復(fù)制，產(chǎn)生100-300個子噬菌體，并使宿主細(xì)菌裂解釋放出成熟的子噬菌體，這一類噬菌體稱烈性噬菌體。第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期四噬菌斑：不透明菌苔上出現(xiàn)的一個園形透明區(qū)。對噬菌體的研究，主要是研究噬菌斑的大小，邊緣清晰度和宿主范圍等。二、噬菌體的基因重組

1、雜交實(shí)驗(yàn)：①噬菌體的混合感染

把h+r-和h-r+兩種噬菌體接種在同時長有菌株B和B/2的培養(yǎng)基上。

h+代表噬菌斑半透明，h-代表噬菌斑透明；r+代表噬菌斑小，r-代表噬菌